文档介绍：塔式起重机起重臂有限元模态及动态分析
摘要:为解决起重机臂架在传统设计中任务繁重的问题,利用有限元模态及动态分析对起重机的起重臂进行参数优化设计,利用MATLAP调用ANSYS对起重机的起重臂进行稳定性分析,确定起重臂的典型工况下特征值,分析结果对实际应用具有一定的借鉴意义。
关键词:起重臂;有限元;动态分析
中图分类号:TH213 文献标识码:A
塔式起重机中应用最广泛的结构形式为双吊点水平臂架,双吊点水平臂架最大的问题是其稳定性,虽然在起重机起重臂稳定性方面专家学者做了大量的研究工作,但是依旧没有一个统一的观点。随着塔机的不断发展,塔机朝着大型化的方向不断壮大,塔机的速度也越来也快,对于其稳定性的要求也越来高,当前对于起重臂的稳定性成果分析还仅限于手动计算,采用数学模型进行有限元计算的案例还很少见,本文分析了塔式起重机起重臂数学模型,并建立起重臂的有限元模型,利用有限元求解并输出,最后对循环过程及稳定性进行分析。
根据起重机起重臂的结构特性,将实际应用过程中的约束条件、数学变量以及目标参数等集合构成一个数学模型。数学模型的构建主要分为模型假设、变量设计、目标函数设计以及确定约束方程
4部分。
模型假设分为截面假设、荷载假设、约束假设。截面假设是指将塔式起重机的起重臂与拉杆视为整体,根据杆单元进行假设,在起重臂的基部以及塔身的结合处采用节点连接的形式,忽略塔式起重机起重臂沿臂面方向的横截面积变化。荷载假设是指根据虚功原理以及圣维南原理对起重臂的整体结构进行荷载分配,将外部的荷载平均分配到起重机的变幅小车上,采用均匀荷载进行重力重处理。约束假设是指以拉索为杆单元,忽略塔身与塔帽之间的位移,起重臂的塔身与塔帽均为固定约束力,在进行数学模型建立时忽视变形影响。
变量设计是指将影响塔式起重机起重臂的设计目标参数作为单独的变量,将臂架看做几段截面一致、长度不一的等腰三角形桁架结构。根据多级目标的优化问题,使得目标函数同时达到最优解较为困难,在数学模型的建立过程中采用线性加权组合法进行目标函数的统一,通过优化起重臂结构的几何特性以及截面参数进而改变起重臂结构的刚度及强度,实现目标函数的收敛。
对塔式起重机起重臂进行有限元模型建立,首先应确定臂架结构的尺寸参数及安装特点,尺寸参数包括臂架长度、节臂数、臂架高度以及局部结构尺寸等,构建起重臂有限元模型的程序如图1所示。将起重臂的处理看做桁架结构,在杆与杆之间的交汇点视为节点,采用BEAM188梁单元进行模拟。
在进行建模之后,拉索单元类型为LINE10,腹杆单元结构类型为LINE8,采用的ANSYS输入命令流如下:
/Prep8
MP,EX,2,+004
MP,NUXY,1,-002
ET,1,BEAM 198
采用的ANSYS?出命令流如下:
*cfopen ,conclusion,txt
*vwrite,wt max_u,max_eqv,
()
*cfclose
在不同的工况下分别对起重臂不同的结构位置进行荷载静力分析以及稳定性分析,经计算得到总质量、最大应力以及最大